氮沉降對(duì)亞熱帶常綠闊葉林林下植被和土壤細(xì)菌群落多樣性的影響機(jī)制.pdf

1、森林生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，自工業(yè)革命以來(lái)，氮沉降的逐年增加對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能造成嚴(yán)重威脅，影響森林生態(tài)系統(tǒng)在陸地生態(tài)系統(tǒng)中所發(fā)揮的重要作用。亞熱帶常綠闊葉林在我國(guó)森林生態(tài)系統(tǒng)中占有特殊地位，是全球常綠闊葉林的重要組成部分，探索氮沉降對(duì)亞熱帶常綠闊葉林林下植被和土壤細(xì)菌群落多樣性的影響，以揭示森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氮沉降增加的響應(yīng)機(jī)制。通過(guò)對(duì)北亞熱帶不同林齡常綠闊葉林為期4年的不同氮沉降模擬試驗(yàn)研究，得出的主要結(jié)果如下。

2、r>　　1.不同氮添加對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響。土壤表層(0-10cm)的含水率隨著氮添加呈上升趨勢(shì)，與對(duì)照(CK)相比，中齡林中高氮㈣處理含水率增加15.43％，但不顯著;而在高氮+磷(HN+P)處理(+101.37％)和磷(P)處理(+75.10％)中顯著增加。在成熟林中，含水率在HN處理中較CK處理顯著增加(+23.96％)，HN+P處理則顯著降低(-10.47％)。老齡林中含水率變化趨勢(shì):HN(+22.06％)＞HN+P(+13.0

3、5％)＞L，N（+9.12％)＞CK，氮添加處理較CK均增加，但不顯著。土壤pH變化與含水率相反，在氮磷添加樣地均呈下降趨勢(shì):在中齡林中，HN(-10.58％)、HN+P(-11.39％)和P(-6.42)三個(gè)處理較CK均顯著下降;在成熟林中，pH變化趨勢(shì)為CK＞HN(-0.44％）＞HN+P(-1.53％)，差異不顯著;在老齡林中，與CK比較，LN處理pH下降了0.95％，HN和HN+P處理pH分別顯著下降了4.02％和6.64％。不

4、同林齡HN處理，可溶性有機(jī)碳和可溶性有機(jī)氮較CK均呈增加趨勢(shì)，在中林齡分別增加13.10％和19.65％，成熟林中分別增加5.18％和10.48％，老齡林中分別增加17.66％和5.75％。HN處理導(dǎo)致亞熱帶常綠闊葉林土壤有機(jī)碳增加，土壤微生物量氮與土壤微生物量碳的變化趨勢(shì)與土壤有機(jī)碳變化趨勢(shì)一致。
　　2.不同氮添加對(duì)森林生長(zhǎng)指標(biāo)的影響。氮添加促進(jìn)了不同林齡林分胸徑的增長(zhǎng)，中林齡平均胸徑增長(zhǎng)量:HN+P處理顯著高于P處理，提高了

5、70.63％;成熟林胸徑增長(zhǎng)量:HN(+6.75％)和HN+P(+12.88％)處理顯著高于CK;老齡林胸徑增長(zhǎng)量:HN+P處理中顯著高于CK。氮添加沒(méi)有顯著提高不同林齡林分胸高斷面積。林分平均胸徑增長(zhǎng)量主要受到森林林齡(F=6.141，P＜0.05)的影響。
　　3.不同氮添加對(duì)林下植被多樣性的影響。不同林齡的常綠闊葉林的林下植被組成略有差異，山礬(Symplocos caudata)和毛花連蕊茶(Camellia frater

6、na)是所有林分的共有種。林下灌木層Shannon-Wiener指數(shù)的變化范圍在1.66-2.40之間，氮添加對(duì)老齡林林下植被的Shannon-Wiener指數(shù)的影響不顯著，中齡林中Shannon-Wiener指數(shù)在HN處理較CK顯著下降(-24.58％);而成熟林的Shannon-Wiener指數(shù)在HN+P(2.33)處理較HN(1.41)處理中顯著增加了65.25％，而與CK差異不顯著。中齡林中，HN處理Simpson指數(shù)(-11.

7、36％)和Alatalo均勻度指數(shù)(-5.41％)顯著下降;而成熟林和老齡林的上述兩個(gè)指標(biāo)，不同氮添加處理沒(méi)有顯著影響。同樣，氮添加處理對(duì)不同林齡林分草本層多樣性指數(shù)沒(méi)有顯著影響。
　　4.不同氮添加對(duì)林下植被葉水平養(yǎng)分的影響。不同氮添加處理對(duì)不同林齡林分灌木葉片養(yǎng)分及其比沒(méi)有顯著影響，但對(duì)葉水平上養(yǎng)分相關(guān)性有一定影響。與CK相比，HN和HN+P處理后，葉片中N含量與P含量具有顯著相關(guān)關(guān)系(r=0.503，P＜0.01;r=0.5

8、01，P＜0.01)，說(shuō)明較高的氮添加會(huì)提高養(yǎng)分的吸收效率并促進(jìn)P元素的利用。林下灌木層的植被對(duì)N元素具有富集作用，且氮磷添加影響了灌木葉片比葉面積與化學(xué)計(jì)量之間的關(guān)系。
　　5.不同氮添加對(duì)土壤細(xì)菌多樣性指數(shù)的影響。氮添加對(duì)不同林齡常綠闊葉林土壤微生物的多樣性沒(méi)有顯著影響，在HN和HN+P處理中，OTUs在中齡林中下降，在成熟林中增加，在老齡林中變化不一致;香濃威爾指數(shù)(Shannon-Wiener)在中齡林中下降，在成熟林和老

9、齡林中均增加;辛普森指數(shù)(Simpson)在不同林齡氮添加樣地沒(méi)有變化;Schaol指數(shù)在中齡林中下降，在老齡林中增加，在成熟林中變化不一致。
　　6.不同氮添加對(duì)土壤細(xì)菌組成的影響。不同林齡林分的土壤中變形菌門(mén)(Proteobacteria)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)和放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)是三個(gè)主要的細(xì)菌門(mén)類(lèi)，細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與組成受到氮添加的影響。中齡林中細(xì)菌門(mén)類(lèi)中變形菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)、浮

10、霉菌門(mén)(Planctomycetes)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)和Candidatus Saccharibacteria等7個(gè)門(mén)類(lèi)，在屬水平上的OTUs具有顯著差異性;同樣在成熟林中，有8個(gè)門(mén)類(lèi)在屬水平上的OTUs具有顯著差異性，包括細(xì)菌門(mén)類(lèi)中變形菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、Candidatus Saccharibacteria、厚壁菌門(mén)、疣微菌門(mén)(Verrucomicrobia)

11、和芽單胞菌門(mén)(Gemmatimonadetes);老齡林中有變形菌門(mén)、酸桿菌門(mén)、放線(xiàn)菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、Candidatus Saccharibacteria和藍(lán)藻細(xì)菌/葉綠體(Cyanobacteria/Chloroplast)等6個(gè)門(mén)類(lèi)在屬水平上的OTUs具有顯著差異性。
　　7.利用冗余分析(RDA)整體分析比較了林齡和氮添加對(duì)森林生態(tài)系統(tǒng)的影響。林齡對(duì)林分中喬木生長(zhǎng)(R2=0.224，P=0.005)和林下植被多樣性(R2=0